專利名稱:旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于直流及交流馬達(dá)，或步進(jìn)馬達(dá)等的一般旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯，尤其是關(guān)于具有改進(jìn)形狀的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯。
旋轉(zhuǎn)電機(jī)，尤指那些具有2n個(gè)磁化在環(huán)狀界磁磁鐵上的周面相鄰磁極極性相異的磁極(n為2以上的自然數(shù))，并有對(duì)軸心做同心纏繞之線圈，由線圈之扁平端面兩側(cè)沿著磁路以磁極用磁芯加以包覆。而將各個(gè)磁極用磁芯以與線圈的上述界磁磁鐵之磁化面相對(duì)的周面交互的配置組合，使得與線圈周面相鄰之磁極極性相異等形成2n個(gè)磁極之電樞，以及將上述線圈之電流方向與回轉(zhuǎn)相對(duì)應(yīng)的加以切換等所構(gòu)成之多極直流馬達(dá)，已經(jīng)為人們予以實(shí)用化。可是在這種多極直流馬達(dá)中，即使把磁極磁芯的磁極部的形狀作成長(zhǎng)方形，界磁磁鐵的磁極中心與起動(dòng)時(shí)(自然停止位置)的電樞側(cè)磁極部的磁極中心也會(huì)大致相同，產(chǎn)生起動(dòng)死點(diǎn)。亦即，在直流馬達(dá)中，整流子極變換點(diǎn)外存在起動(dòng)死點(diǎn)，故無法實(shí)用。
為此，在傳統(tǒng)的馬達(dá)等的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，以相等角度間隔配置的若干個(gè)主磁極，在兩主磁極間分別設(shè)一個(gè)L形輔助器，或者在磁極磁芯面裝設(shè)使磁極磁性形成非對(duì)稱狀的壓制板(trame)，使界磁磁鐵的磁極中心與起動(dòng)時(shí)電樞側(cè)的磁極部的磁極中心產(chǎn)生一差角，以迥避上述的起動(dòng)死點(diǎn)。
可是，這種已述方法均須對(duì)磁極(主磁極)另行附加零件，才能迥避起動(dòng)死點(diǎn)，這樣就使構(gòu)造更復(fù)雜，機(jī)體也大型化，導(dǎo)致成本增加的缺點(diǎn)。
另外，依傳統(tǒng)方法所制得的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有在某一定大小負(fù)載轉(zhuǎn)矩之下可達(dá)到最大效率的特性，可是在某些回轉(zhuǎn)角處起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性會(huì)極小于最大效率負(fù)載。因此，起動(dòng)時(shí)必須減少負(fù)載，這樣就極大地降低了整個(gè)效率，凡此種種，均為其缺點(diǎn)。
本發(fā)明的發(fā)明人乃首先著眼于磁極磁芯的磁極部本身的形狀，通過改進(jìn)其形狀，從而成功地迥避了起動(dòng)死點(diǎn)。若依此技術(shù)，可將上述形成同心卷繞線圈磁路并置于緊連前述界磁磁鐵的磁芯相對(duì)面形狀向電樞之相對(duì)旋轉(zhuǎn)方向延伸出來，使緊連于上述界磁磁鐵的磁芯相對(duì)面形狀對(duì)于界磁磁鐵的磁化磁極中心為磁不對(duì)稱，它使未通電時(shí)電樞因界磁磁鐵之吸引力使其位于自然停止位置上;在通電時(shí)，電樞之磁極中心會(huì)位于與電樞之相對(duì)回轉(zhuǎn)方向錯(cuò)開的位置。采用此技術(shù)后，可易使電樞線圈做成同心的，從而增加繞線圈數(shù)，提高馬達(dá)效率，并使馬達(dá)很容易構(gòu)成扁平化的多極直流馬達(dá)。
可是這種馬達(dá)仍有下述缺陷(1)作為旋轉(zhuǎn)角度的函數(shù)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性的最大值，極小于最大效率時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩。
(2)由于電磁的吸引力轉(zhuǎn)矩的變動(dòng)大，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)不均勻之變動(dòng)也大。
又如上述把電樞繞線作成同心線圈的直流馬達(dá)，一般都將電樞的電流變換點(diǎn)置于電樞的磁極中心與磁場(chǎng)的磁極中心一致點(diǎn)上，所以當(dāng)在電樞上的磁極磁芯具有一般的長(zhǎng)方形形狀，并且，馬達(dá)在與界磁磁極中心相致的電樞磁極磁芯中心處停止時(shí)，不會(huì)再起動(dòng)。在此情形下，即使將電樞的磁極磁芯形狀作成磁不對(duì)稱，也不可能發(fā)生起動(dòng)，即電樞繼續(xù)處于停止?fàn)顟B(tài)，例如，若電樞與界磁磁鐵各自磁極中心在一致的位置上使電樞成為非通電狀態(tài)，而且使界磁磁鐵與電樞之吸引轉(zhuǎn)矩比負(fù)載轉(zhuǎn)矩小時(shí)，電樞會(huì)繼續(xù)處于停止?fàn)顟B(tài)。
所以，上述構(gòu)成的直流馬達(dá)欲迥避起動(dòng)死點(diǎn)而起動(dòng)時(shí)，必須在電樞與界磁的磁極中心一致的位置并使電樞成為非通電狀態(tài)時(shí)，電磁鐵的吸引轉(zhuǎn)矩要超過負(fù)載轉(zhuǎn)矩。依此，上述起動(dòng)死點(diǎn)就可以迥避，但由于電樞在非通電狀態(tài)中對(duì)界磁磁鐵的吸引轉(zhuǎn)矩之尖峰過大，導(dǎo)致發(fā)生回轉(zhuǎn)不均勻。
本發(fā)明之發(fā)明人所發(fā)現(xiàn)把回轉(zhuǎn)不均勻控制到最小限度的條件乃如下列(1)電樞與界磁的磁極中心處于一致的位置時(shí)，電磁鐵與非通電狀之電樞的吸引轉(zhuǎn)矩須比負(fù)載轉(zhuǎn)矩稍高。
(2)在(1)之位置上前述吸引轉(zhuǎn)矩必須接近最大轉(zhuǎn)矩。
然而，僅將電樞的磁芯與界磁磁鐵相對(duì)的面延伸出來，還是無法符合上述條件(2)。這是因?yàn)?，甚至改變?cè)摯判镜难娱L(zhǎng)部分的長(zhǎng)度或?qū)挾?，既不能改變條件(1)中的吸引轉(zhuǎn)矩之最大轉(zhuǎn)矩位置，也不能使最大轉(zhuǎn)矩位置任意可調(diào)。
另一方面，要提高上述直流馬達(dá)的效率，不僅要使界磁磁鐵的磁適量通過電樞線圈由兩扁平端面包覆的磁芯的內(nèi)部，而且要通過位于界磁磁鐵N-S極之間的面對(duì)界磁磁鐵的磁芯部分。
為此，應(yīng)盡量縮小磁芯上相鄰不同極性的磁極間隙，磁芯在電樞線圈的周面產(chǎn)生相互異極的磁極，但僅將磁芯之磁場(chǎng)相對(duì)面形狀延伸出來而把上述間隙縮小時(shí)，即會(huì)發(fā)生電磁鐵的吸引轉(zhuǎn)矩太大而需要較大的起動(dòng)電流。
本發(fā)明的目的與概述本發(fā)明的目的在于旋轉(zhuǎn)電機(jī)提供可迥避起動(dòng)死點(diǎn)的磁極磁芯的，特別為具有同軸線圈的周面上提供多個(gè)磁極的磁極磁芯的馬達(dá)等的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。
本發(fā)明的另一目的為在此種旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，提供把旋轉(zhuǎn)不均勻控制到最少的限度，并且提高機(jī)器的磁極磁芯。
有關(guān)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之磁極磁芯，乃軸線圈兩端所挾持的一對(duì)基板部，以及由上述各基板部的周緣向上述線圈之外周面延伸出來而交叉配置的多個(gè)磁極部所構(gòu)成。該一磁極部再分成垂直周圍方向的二部分而形成第1磁極片部與第2磁極部，并且其第1磁極片部和/或第2磁極片部具有一延伸部分，它從每個(gè)磁極片臂部以垂直于線圈周的方向伸延。
上述結(jié)構(gòu)的特性，使得在不通電時(shí)的電樞與界磁磁鐵的相對(duì)停止位置。起動(dòng)通電時(shí)電樞磁極中心與界磁磁鐵磁極周面方向中點(diǎn)，或于界磁磁鐵磁極的兩極間的周面方向中點(diǎn)等，形成相對(duì)錯(cuò)開，以圖確實(shí)迥避起動(dòng)時(shí)的起動(dòng)死點(diǎn)，并顯著降低旋轉(zhuǎn)不均勻同時(shí)提高了效率。
又由于采用了同心線圈形式，可容易獲得多極化結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)之扁平薄型化，高電壓驅(qū)動(dòng)化，低成本化之基本效果。
更何況在多極化時(shí)，已往各種型式的馬達(dá)很難隨極數(shù)增加而得到可與其相配合的轉(zhuǎn)矩，但使用本發(fā)明的磁極磁芯，則隨極數(shù)的增加，可得與其相對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)矩。
附圖面簡(jiǎn)述圖1為根據(jù)本發(fā)明第1實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯的部份放大正面圖;
圖2為旋轉(zhuǎn)電機(jī)主要部份平面圖;
圖3為使用圖1所示的磁極磁芯的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度與轉(zhuǎn)矩特性曲線圖;
圖4為使用圖1所示的磁極磁芯的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性曲線圖;
圖5為本發(fā)明第2實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯之部份放大正面圖;
圖6為使用圖5所示磁極磁芯的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之旋轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)矩特性曲線圖;
圖7為本發(fā)明第3實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯之部份放大側(cè)面圖;
圖8為使用圖7所示磁極磁芯的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之旋轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)矩特性曲線圖;
圖9為磁極磁芯之長(zhǎng)方形磁極部的正面圖;
圖10為使用圖9所示磁極磁芯的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)矩特性曲線圖;
圖11為本發(fā)明第4實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯之部分放大正面圖;
圖12為使用圖11所示磁極磁芯的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之旋轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)矩特性曲線圖;
圖13為將圖7與圖9組合后即第4實(shí)施例的變更實(shí)施例的磁極磁芯的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)矩特性曲線圖;
圖14為本發(fā)明第5實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯的部份正面圖;
圖15為本發(fā)明第6實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)之磁極磁芯的部份正面圖;
圖16為本發(fā)明第7實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯之部份正面圖;
圖17為本發(fā)明第8實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯之部份正面圖;
圖18為本發(fā)明第9實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯之部份正面圖;
圖19所示為本發(fā)明第10實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯。圖19(A)是部份放大平面圖，圖19(B)是部份放大正面圖;
圖20為通用直流馬達(dá)的分解斜視圖;
圖21為軟盤用直流馬達(dá)部份斷面平面圖;
圖22為圖21之Ⅰ-Ⅰ線截面圖;
圖23為交流馬達(dá)之簡(jiǎn)要平面圖;
圖24為圖23之Ⅱ-Ⅱ線截面圖;
圖25為圖23之交流馬達(dá)分解斜視圖;
圖26為圖23之交流馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)原理說明圖;
圖27為步進(jìn)馬達(dá)之部份斷面平面圖;
圖28為圖27之縱斷正面圖。
本發(fā)明之較佳實(shí)例的詳細(xì)說明圖1、圖2表示本發(fā)明第1實(shí)施例的將磁極磁芯(10)、(11)適用于內(nèi)轉(zhuǎn)子(inner rotor)方式的馬達(dá)(MO)。
首先就馬達(dá)(MO)的構(gòu)成說明如下于外廓一具有三組交互配設(shè)的N·S極的環(huán)狀電磁鐵(12)置于外部作為定子。
一軸心13，于此之外繞有線圈14。
10是從線圈14之扁平端面之一方包覆線圈14的本發(fā)明磁極磁芯;11是從線圈14之另一扁平端面包覆線圈14之同樣的磁極磁芯，將它們分別固定在軸心13上，構(gòu)成電樞15。
磁極磁芯10是由圓盤部及沿此盤周緣三等分位置朝徑向方向延伸出來的徑向盤部所成的基盤部16，以及每一個(gè)均以大致直角沿徑向盤部彎曲延伸并覆蓋線圈14周面的磁極部17等所構(gòu)成。磁極部17與基盤部16形成一體，并一共構(gòu)成三個(gè)磁極部17。
一個(gè)磁極部17沿垂直子線圈14的周面方向分成二個(gè)子部分第1磁極片部20與第2磁極片部21，而于第1磁極片部20之縱向側(cè)邊20a有一與原片成一體并朝周圍方向，一直延伸至第2磁極片部21一側(cè)的延伸部22。延伸部22位于縱向側(cè)邊20a的中間部份，并構(gòu)成愈是前端寬度愈狹窄的臺(tái)狀。又于第1磁極片部20與第2磁極部21之間，設(shè)置一規(guī)定面積的第3磁極片部23。第3磁極片部23與第1磁極片部20，第2磁極片部21及基盤16(徑向盤部)構(gòu)成一個(gè)整體。若不包括第3磁極片部23與延伸部22時(shí)，第1磁極片部20與第2磁極片部21的形狀為長(zhǎng)方形而兩者的高度大致相同。第1磁極片部20與第2磁極片部21的間隔、延伸部22的形狀及面積、以及第3磁極片部23的面積均可任意選擇。適當(dāng)選定這些參數(shù)可獲得最佳特性。如圖3和圖4所示。如此的把磁極部17分成第1磁極片部20與第2磁極片部21，便可盡可能地縮少界磁磁鐵12的電樞15的磁極部17的面積。同時(shí)可將相鄰不同極性的磁極部之間的角度縮小并使其理想化，這些效果將會(huì)產(chǎn)生極高的效率。
又，延伸部22對(duì)于不通電時(shí)電樞15與界磁磁鐵12的相對(duì)停止位置有一重要作用，它的存在可使起動(dòng)通電時(shí)電樞15的磁極中心，偏離界磁磁鐵12的磁極(S極或N極)的周圍方向中點(diǎn)，或界磁磁鐵12磁極的兩極間(S極與N極)的周圍方向中點(diǎn)。停止位置根據(jù)磁極部17的全幅寬相對(duì)較小時(shí)或較大時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的旋轉(zhuǎn)方向，屬于上述兩個(gè)中點(diǎn)中的一個(gè)。因此延伸部22的機(jī)能是使磁極部17之幾何中心錯(cuò)開磁性中心而使第1磁極片部20與第2磁極片部21成為磁性不對(duì)稱之狀態(tài)，從而保證迥避起動(dòng)死點(diǎn)。圖3中，第3磁極片部23的面積較小時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性為T10，隨著加大面積該特性會(huì)成為T11，再大就變?yōu)門12。
磁極磁芯11也與上述磁芯10的構(gòu)成相似。這兩個(gè)磁芯構(gòu)成一對(duì)磁芯。此時(shí)，磁芯10、11中磁極部向相反方向彎曲，但磁極部在線圈14周面上的形狀一樣，而且各磁芯10、11磁極部呈交互配置。
其次，對(duì)馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理說明如下。圖2中，在馬達(dá)為直流馬達(dá)時(shí)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)鐘方向(箭頭H1)。圖2中，Q2是界磁磁鐵12的兩磁極間的中心，而P則表示通電時(shí)電樞的磁極中心。線圈14的電流方向，在圖2中的點(diǎn)Q1接近點(diǎn)P時(shí)，由一轉(zhuǎn)向裝置(未畫出)轉(zhuǎn)向，保持繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
電樞15的不通電時(shí)無負(fù)載轉(zhuǎn)矩(界磁磁鐵與電樞的吸引轉(zhuǎn)矩)由第3圖的特性曲線Ts所示。電樞15依吸引轉(zhuǎn)矩向右旋轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)矩為
，而電樞15向左旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩為
。則電樞15先依
轉(zhuǎn)矩而向右旋轉(zhuǎn)，直至無負(fù)荷時(shí)穩(wěn)定的自然停止位置R1上停止。當(dāng)電樞15再向右轉(zhuǎn)時(shí)它便通過產(chǎn)生
轉(zhuǎn)矩的旋轉(zhuǎn)角度部份，到達(dá)不穩(wěn)定停止位置R2后，電樞15即朝下一個(gè)自然停止位置R1(標(biāo)出)方向旋轉(zhuǎn)。
而且，如果我們選擇第1磁極片部20、第2磁極片部21、延伸部22、第3磁極片部23的形狀、大小，我們就會(huì)使圖2所示的電樞15與界磁磁鐵12之各磁極中心相對(duì)而使其在電樞電流之變換位置時(shí)，上述轉(zhuǎn)矩處于尖峰附近，同時(shí)可使此一轉(zhuǎn)矩設(shè)定得比起動(dòng)時(shí)所需負(fù)載轉(zhuǎn)矩略大。
如此，電樞15在負(fù)載時(shí)不致于在圖2所示的P點(diǎn)與Q1點(diǎn)一致的位置上停止，因此必可迥避起動(dòng)死點(diǎn)，而電樞15的轉(zhuǎn)矩最小限度必需比起動(dòng)時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩稍大，所以電樞15的旋轉(zhuǎn)不均勻亦為最小。
如圖3所示，TS表示于不通電時(shí)之吸引轉(zhuǎn)矩特性，自然停止位置為R2點(diǎn)，盡管此R2點(diǎn)位于起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性T10之谷底部附近，但依第3磁極片部23的作用，起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩就會(huì)變成T11或T12。該起動(dòng)轉(zhuǎn)矩可如前所述由選擇第3磁極片部23的面積調(diào)整。
圖4表示使用圖1所示磁極磁芯10、11的馬達(dá)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩特性曲線。依圖4所制的馬達(dá)，其規(guī)格為額定電壓4.5V電磁鐵內(nèi)徑24.5φ線圈0.32φ、550圈圖5表示第2實(shí)施例，第2實(shí)施例是將圖1所示第1實(shí)施例的磁極磁芯10、11中的第3磁極片部23的面積逐漸減小至零，此時(shí)全無第3磁極片部的影響。
亦即，圖5所示磁極磁芯30、31的一個(gè)磁極部36等于圖1中除去第3磁極片部23形狀的相應(yīng)部件的形狀。磁極部36最終是由第1磁極片部33、第2磁極片部34和延伸部35構(gòu)成。
圖6表示圖2所示使用圖5之磁極磁芯30、31的馬達(dá)的特性。圖6中，T21是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性、T22是不通電無負(fù)載時(shí)之吸引轉(zhuǎn)矩特性。由圖6可知，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩曲線T21會(huì)具有與圖3所示特性T10相同的特性曲線，只是最低點(diǎn)更低一些。
因此，由于負(fù)載L2過大或其它條件，有時(shí)會(huì)于角度范圍D21內(nèi)發(fā)生起動(dòng)死點(diǎn)，但減小負(fù)載，提高起動(dòng)電壓后，即能充分迥避起動(dòng)死點(diǎn)。
圖7表示第3實(shí)施例。第3實(shí)施例即是將圖5所示的第2實(shí)施例的磁極磁芯30、31的形狀加以變更。其不同點(diǎn)在于，第3實(shí)施例的磁極磁芯40、41將延伸部43設(shè)于第1磁極片部42的相反方向，以及第2磁極片部44亦具有上述延伸部45，并同樣與
磁極片部44方向相反。
圖8表示圖2所示使用圖7所示的磁極磁芯40、41的馬達(dá)的特性。圖8中，T31表示起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性、T32是不通電無負(fù)載吸引轉(zhuǎn)矩特性。第3實(shí)施例磁極磁芯也因負(fù)載L3之大小等條件有時(shí)在角度范圍D31內(nèi)會(huì)產(chǎn)生起動(dòng)死點(diǎn)。又R3表示自然停止位置，R4是穩(wěn)定點(diǎn)，R5是不穩(wěn)定的停止位置。
圖9至圖13為第4實(shí)施例。第4實(shí)施例部份采用了第2實(shí)施例(或第3實(shí)施例)中磁極磁芯30、31的磁極部36，例如在外周方向每隔一個(gè)距離有一磁極部36。而剩下的磁極部則形成圖9所示長(zhǎng)方形狀的長(zhǎng)方形磁極部52。圖10表示圖2所示配有具有選擇面積的長(zhǎng)方形磁極部52所構(gòu)成的磁極磁芯的馬達(dá)的特性圖。其中T41是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性。T42是不通電無負(fù)載時(shí)的吸引轉(zhuǎn)矩特性。圖11表示與長(zhǎng)方形磁極部52組合的磁極部36以及磁極磁芯50、51。
第4實(shí)施例可說是第1實(shí)施例的改進(jìn)，磁極磁芯10、11中，第3磁極片部23的機(jī)能為長(zhǎng)方形磁極部52。圖12表示圖2所示使用圖11所示磁極磁芯50、51的馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩特性圖，圖13表示圖2所示使用圖7與圖9的各磁極部交互組合的磁極磁芯的馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩特性圖。圖12和圖13中，T51、T61是起動(dòng)轉(zhuǎn)矩特性，T52、T62是不通電無負(fù)載時(shí)的吸引轉(zhuǎn)矩特性。L5、L6分別表示負(fù)載線，任何一個(gè)磁芯均能充分迥避起動(dòng)死點(diǎn)，尤其對(duì)多極馬達(dá)特別有效。
圖14至圖18分別表示對(duì)圖5至圖9實(shí)施例的磁極部形狀變更的代表例。在圖14至圖18中，61是第1磁極片部，62是第2磁極片部，63是延伸部，64是第2延伸部，65是第3磁極片部。
圖19表示第10實(shí)施例。第10實(shí)施例是將圖5所示第2實(shí)施例中的磁極磁芯的第1磁極片部33與第2磁極片部34沿徑向方向相對(duì)錯(cuò)開，從而在兩者之間的徑向方向產(chǎn)生間距G。在徑向方向按此錯(cuò)開相對(duì)位置，同樣可在磁極部36上保有相對(duì)磁性。如此的變更相對(duì)位置，均可同樣的適用于已述各種形狀的磁極部，以及其他任意形狀的磁極部。又，圖9中與圖5相同的部分用同一符號(hào)表示。
下面將對(duì)本發(fā)明適用于各種回轉(zhuǎn)電機(jī)的用途的磁極磁芯的實(shí)施例作具體說明。
圖20表示適用于通用直流馬達(dá)Md時(shí)的情形。該馬達(dá)容易制造且應(yīng)用極廣泛。71是做定子的永久磁鐵環(huán)。為使N、S極會(huì)呈交互，在內(nèi)周面有6個(gè)磁化極。又將磁極數(shù)定為2(2m+1)個(gè)極(m是1以上之自然數(shù))，則總使相對(duì)磁極為異性磁極。
72為線圈，它是通過將繞線72b卷繞于一圓筒形管72a上構(gòu)成，該管中心有一軸孔。
73是依本發(fā)明形成的下磁芯，它將鐵板等磁性材料加工形成，該磁芯包括線圈72的下端面構(gòu)成一同心配設(shè)的圓盤部73a，圓盤部73a的周緣有分別以120度偏角向外延伸并沿線圈72外周面折彎成直角第1磁極片部73b，第2磁極片部73c，延伸部73d，以及部3磁極片部73e等。
74是與線圈72的上端面同心配設(shè)的上磁芯，其與下磁芯73一樣由圓盤部74a，第1磁極片部74b，第2磁極片部74c，延伸部74d，第3磁極片部74e等所構(gòu)成。
下磁芯73的第1磁極片部73b與第2磁極片部73c乃位于上磁芯74的第1磁極片部74b與第2磁極片部74c之間，且兩者分別配設(shè)于線圈72的兩端面。
75是整流器，它為絕緣材料并與中心具有軸孔之圓盤75a組成，圓盤75a的一面上從中心按放射狀貼6個(gè)整流子片75b。整流子片75b每隔一個(gè)做電氣性連接而成兩個(gè)整流子群，并將上述線圈72與各整流子群相連。
76是軸，并在長(zhǎng)方向大約中部形成凸緣76a。
軸76穿入前述整流器75，上磁芯74，線圈72，下磁芯73，而下磁芯73在76之下部通過摩擦固定。
77是電刷，它是將磷化青銅的長(zhǎng)方形板，在其長(zhǎng)邊的中央構(gòu)成上述軸體凸緣76a缺口部的圓弧狀缺口部77a，而于表面中央鼓起有一對(duì)整流器75的折接部77b。折接部77b分成兩支，確保與整流器75相接觸。
其后，以兩個(gè)電刷77包圍軸76的周面，構(gòu)成點(diǎn)相對(duì)稱位置，每個(gè)折接部77b均與整流器75的整流子群相連。
79是以塑膠材料制成的外殼，而80是裝在外殼79上面的塑膠板蓋。
正如圖中虛線所示，通過將永久磁鐵環(huán)71固設(shè)于外殼79內(nèi)，并于其中置入由線圈72，下磁芯73，上磁芯74，整流器75、軸76構(gòu)成的電樞，電樞再插穿于軸76后，即配設(shè)于永久磁鐵環(huán)71之中心，把兩個(gè)電刷77定位于蓋80，而蓋80扣接外殼79，并依熱熔粘接而予以固定，完成上述零件的組合。
如此構(gòu)成的直流馬達(dá)具有許多優(yōu)點(diǎn);電樞線圈很易環(huán)軸同心纏繞，整流器、電刷可以作成板狀而可做到扁平與小型化、電刷只需夾在外殼79與蓋80之間予以定位固定，因此很容易組合;而且極數(shù)可為2(2m+1)，從而使相對(duì)的電刷可按軸構(gòu)成點(diǎn)對(duì)稱狀態(tài);更由于馬達(dá)為扁平。而且容易多極化，所以可做成低速旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)，從而可采用直齒圓柱齒輪作為轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，而不必使用效率低的螺桿齒輪。
圖21及圖22表示適用于軟盤(Floppy Disk)的具有本發(fā)明磁極磁芯的直流馬達(dá)。
90是電樞，由以同心繞線于筒管91的線圈92，和轉(zhuǎn)子相對(duì)周面有20個(gè)之磁極形成交互異極并包圍線圈92的磁芯93所構(gòu)成。
磁芯93是由磁極93a與磁極93b構(gòu)成，而磁極93b有一朝向磁極93a的延伸部93c。磁芯93是由上磁芯與下磁芯在線圈91內(nèi)面構(gòu)成一閉磁路而組合成的，但由于上下兩磁芯易于與磁極93a磁極93b和閉磁路部93d壓制成一體，所以該磁芯容易制造。
94是嵌于電樞90內(nèi)面的固定配件，其凸緣部94a被固定在基板95，電樞90則固定于基板95上。
96是轉(zhuǎn)子，它是由電樞90外周面相對(duì)并異極交互配置磁化的永久磁鐵環(huán)97。包覆電樞90的外周面及永久磁鐵環(huán)97一端面的杯狀體98。以及在杯狀體98扁平面中心以螺母99固定的軸100所構(gòu)成。軸100插穿于嵌合在固定配件94之內(nèi)周面的軸承101上，而使轉(zhuǎn)子可回轉(zhuǎn)自如。
另外，杯狀體98只要能接觸永久磁鐵環(huán)97周面部份的磁性體即可。
102是孔元件，為了按照永久磁鐵環(huán)97的磁極旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換線圈92的電流方向，將該元件置于基板95的電路板103上，面對(duì)永久磁鐵環(huán)97。
隨著轉(zhuǎn)子96的旋轉(zhuǎn)，孔元件102改變線圈92的電流方向，并在磁芯93每一前端產(chǎn)生交互異性磁極，使轉(zhuǎn)子96能持續(xù)旋轉(zhuǎn)。據(jù)此，使固定于軸100，并有軟盤(未示出)負(fù)載的轉(zhuǎn)盤104旋轉(zhuǎn)。
接著就對(duì)轉(zhuǎn)子96的旋轉(zhuǎn)速度檢出機(jī)構(gòu)加以說明。
105是發(fā)電磁體，其形狀為扁平永久磁鐵環(huán)，于杯狀體98之彎曲部98a相接，它于其扁平側(cè)面形成N、S交互的60個(gè)磁化磁極，其磁極節(jié)距小于轉(zhuǎn)子96的磁極節(jié)距。
106是發(fā)電線圈，它由發(fā)電磁體105旋轉(zhuǎn)感應(yīng)產(chǎn)生電壓，該電壓與轉(zhuǎn)子96轉(zhuǎn)速成比例，而與轉(zhuǎn)子96的轉(zhuǎn)速成比例的頻率乃比轉(zhuǎn)子96的轉(zhuǎn)數(shù)更高，又因發(fā)電磁體之磁極節(jié)距比轉(zhuǎn)子96之磁極節(jié)距更小，所以也可以檢出電樞90磁極間的轉(zhuǎn)子96的轉(zhuǎn)速，并進(jìn)行速度控制。
馬達(dá)MF由于構(gòu)造簡(jiǎn)單，只需一組元件和一部分電路，所以成本低廉。尤其用于3.5英寸軟盤上，它與以往平面相對(duì)型不同，因在軸方向上無負(fù)載，且無需使用高成本的球軸承，故更能降低成本。
圖23至圖26為交流馬達(dá)Ma實(shí)例。圖23至圖25中，永久磁鐵環(huán)體即永久磁鐵轉(zhuǎn)子110，為圓筒狀而整個(gè)周圍以相等間隔將2個(gè)S極交互配置。該轉(zhuǎn)子110的中心處有一上下貫穿的軸111固定。
112是上磁芯，在圓盤環(huán)112a的外周緣具有向下折成約直角的凸緣112b。上磁芯112的中央為圓狀開口，而在其內(nèi)周緣有向下折彎成直角的磁極113、114構(gòu)成一整體。磁極113、114以180°相對(duì)，同時(shí)磁極113、114則朝外周方向分成兩部份，一個(gè)較寬另一個(gè)較窄，亦即為第1磁極片113a，114a與第2磁極片113b、114b。第1磁極片113a(及114a)有一第2磁極片113b側(cè)緣的延伸部113c，從而使第1磁極片與第2磁極片形成磁非對(duì)稱狀態(tài)。
另外，115是下磁芯，在圓盤狀環(huán)115a的外周緣具有向上大約彎折成直角的凸緣115b，該突緣115b的端面與上述凸緣112b的端面相接。下磁芯115中央有一圓狀開口，其內(nèi)周緣有向上彎折成直角狀的磁極116、117構(gòu)成一整體。磁極116、117與上述磁極113、114形狀一樣，均與113、114錯(cuò)開90°角，116a、117a是第1磁極片，116b、117b是第2磁極片，116c、117c是延伸部。
各磁極113、114、116、117的位置關(guān)系為磁極113、114在上磁芯112之上，磁極116、117在下磁芯之上，這些磁極圍繞于轉(zhuǎn)子110之外周面并留有一設(shè)定間隙交互配置。且每一極間，例如113與116只存在少許空間角度。
另外，每一環(huán)體112a與115a間，配置有具有同心線圈118的環(huán)狀筒管119，構(gòu)成電樞120。
121、122是以非磁性材料構(gòu)成圓盤的上下軸承盤。
上述構(gòu)成，可避免起動(dòng)死點(diǎn)，因?yàn)榭稍跓o電流時(shí)，根據(jù)磁鐵的吸引力，在自然停止點(diǎn)磁極磁芯和永久磁鐵環(huán)上的磁極的相互位置關(guān)系，改變第1和第2磁極片的形狀，使旋轉(zhuǎn)矩特性在大范圍內(nèi)可調(diào)。
交流電源124把交流電力供給線圈118，使磁極113、114及116、117交互成為N極與S極，構(gòu)成同步馬達(dá)。此時(shí)，如實(shí)施例所示，通過選定各磁極片的形狀與位置即可限制旋轉(zhuǎn)方向。由于磁路的組合不很復(fù)雜，因此，將第1磁極片與第2磁極片的相對(duì)形狀加以改變即能變更該磁路特性而限制旋轉(zhuǎn)方向。下面根據(jù)圖26將改變的順序說明如下首先，不通電時(shí)的磁路如下述(1)(實(shí)線箭號(hào)H1)轉(zhuǎn)子110N極→上磁芯112的第2磁極片114b→環(huán)體11a→凸緣112b→凸緣115b→環(huán)體115a→下磁芯115的第2磁極片116b→轉(zhuǎn)子110的S極→轉(zhuǎn)子110的N極。
(2)(虛線箭號(hào)H2)轉(zhuǎn)子110N極→下磁芯115的第1磁極片116a→環(huán)體115a→下磁芯115的第2磁極片116b→轉(zhuǎn)子110的S極→轉(zhuǎn)子110的N極。
(3)(點(diǎn)劃線箭號(hào)H3)轉(zhuǎn)子110的N極→下磁芯115的第1磁極片116a→延伸部116c→轉(zhuǎn)子110的S極→轉(zhuǎn)子110的N極。
一般而言，磁路的漏磁多而難予正確掌握，但可以支配的磁路則如上述3種。在其他磁極中亦同。
對(duì)轉(zhuǎn)子110的磁極113在不通電的自然停止位置取決于上述(1)-(3)磁路所產(chǎn)生的吸引力比率。但若把延伸部113c設(shè)得愈長(zhǎng)愈會(huì)受到磁路的影響，使得轉(zhuǎn)子110的S極被拉過延伸部113c之前端的角度之外時(shí)，則轉(zhuǎn)子110通電時(shí)會(huì)相對(duì)電樞自然停止位置有一小角度界磁磁極處的偏離。此時(shí)，馬達(dá)出力大而效率也高。
當(dāng)輸入一與正常旋轉(zhuǎn)方向相反方向旋轉(zhuǎn)的波形時(shí)，轉(zhuǎn)子110的磁極中心與電樞120的磁極中心均向相反方向受力，而由于慣性，所以有一點(diǎn)吸引就會(huì)產(chǎn)生偏移，故必須使慣性不造成太大的偏移，這個(gè)條件是由輸入電力、負(fù)載的大小等決定。
圖27及圖28表示一步進(jìn)馬達(dá)Ms。步進(jìn)馬達(dá)在構(gòu)造上與圖23至圖25所示的交流馬達(dá)Ma相同。當(dāng)對(duì)圖24所示的線圈118依序輸入脈沖時(shí)，可使馬達(dá)Ma按一定角度旋轉(zhuǎn)。圖27所示步進(jìn)馬達(dá)其基本構(gòu)成亦與圖24相同，差別是包含磁極部131的磁極配件132不與基盤部133構(gòu)成一體，把這兩者結(jié)合，即構(gòu)成磁極磁芯130。這樣的構(gòu)成，即能解除圖26所示一體形磁芯112所固有的缺點(diǎn)。圖26所示的磁芯112是在其內(nèi)周部有一彎折形成的磁極113等，從而磁極部的形狀有限制(即高度不能作得太高)，極數(shù)有限制(極數(shù)不能太多)等，不過可利用彎折外周部側(cè)面形成磁極部的磁極配件132來解除上述缺點(diǎn)。
以上敘述了各種實(shí)施例及用途，但本發(fā)明并不僅限于這些實(shí)施例及用途。例如第1磁極片部、第2磁極片部、延伸部、第3磁極片部之形狀均可改變，延伸部的形成位置、數(shù)量(例如兩個(gè)并列形成等)也是可變的。除上述所說馬達(dá)外，許多范圍內(nèi)的電機(jī)可應(yīng)用本發(fā)明，例如風(fēng)扇馬達(dá)、車載馬達(dá)、計(jì)時(shí)馬達(dá)、摩擦馬達(dá)、旋轉(zhuǎn)柱塞(Plunger)等。該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的構(gòu)造亦不限于內(nèi)鎖型或外鎖型。其他不脫離本發(fā)明精神的任意變更亦應(yīng)在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，包括由夾住對(duì)軸心做同心繞線的線圈兩端的一對(duì)基盤部、以及自上述基盤部的周緣延伸至上述線圈之外周面并交互配列的復(fù)數(shù)個(gè)磁極部所構(gòu)成，其特征在于上述磁極部沿外周方向分成兩部分形成第1磁極片部與第2磁極片部，并于上述第1磁極片部及/或第2磁極片部臂部外周方向延伸形成垂直外周方向的延伸部。
2.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其第1磁極片部與第2磁極片部約為同一高度。
3.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，特征為上述延伸部形成于上述磁極片的臂部的中間部份并垂直上述外周面。
4.根據(jù)權(quán)項(xiàng)1所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯，特征為上述第1磁極片部與第2磁極片部在徑向方向具有位置互異關(guān)系。
5.一旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯，包括由夾住對(duì)軸心做同心繞線線圈的兩端的一對(duì)基盤部，以及由上述各基盤部周緣延伸至上述線圈外周面并交互配置構(gòu)成的復(fù)數(shù)個(gè)的磁極部所構(gòu)成，其特征在于磁極部是按外周方向分成兩部分，構(gòu)成第1磁極片部與第2磁極片部，于上述第1磁極片部及/或第2磁極片部臂部外周方向延伸形成垂直外周方向的延伸部，并于第1磁極片部與第2磁極片部之間形成第3磁極片部者。
6.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其特征在于第3磁極片部與上述第1磁極片部和第二磁極片部等一起構(gòu)成上述基板部。
7.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其特征在于第3磁極片部與上述延伸部相聯(lián)。
8.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其第1磁極片部與第2磁極片部大約為同一高度。
9.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其延伸部位于上述磁極片部的臂的中間部并與上述周面垂直。
10.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極，其第1磁極片部與第2磁極片部在徑向呈位置互異關(guān)系。
11.一旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，包括由夾住對(duì)軸心做同心繞線的線圈兩端的一對(duì)基盤部，以及由上述各基盤部周緣向上述線圈外周面延伸出來并交互配置的多數(shù)個(gè)磁極部所構(gòu)成，其特征在于上述磁極部的一部份向外周方向分成兩部份形成第1磁極片部與第2磁極片部，而于第1磁極片及/或第2磁極片部臂部的外周方向延伸并垂直于外周方向的延伸部。
12.根據(jù)權(quán)項(xiàng)11所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其特征在于上述磁極部中剩馀的磁極部的形狀為長(zhǎng)方形。
13.根據(jù)權(quán)項(xiàng)11所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其第1磁極片部與第2磁極片部約為同一高度。
14.根據(jù)權(quán)項(xiàng)11所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其延伸部位于上述磁極片部臂部的中間部份并與上述周面垂直。
15.根據(jù)權(quán)項(xiàng)11所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其第1磁極片部與第2磁極片部在徑向具有位置互異關(guān)系。
16.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其基盤部與磁極部為一整體。
17.根據(jù)權(quán)項(xiàng)5或權(quán)項(xiàng)11所要求的旋轉(zhuǎn)電機(jī)磁極磁芯，其基盤部與磁極部是分別構(gòu)成，再結(jié)合成一體的。
專利摘要
一旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁極磁芯，由夾住對(duì)軸心做同心繞線的線圈兩端的一對(duì)基盤部。以及自基盤部周緣延出于線圈外周面而交互配置的復(fù)數(shù)個(gè)磁極部所構(gòu)成。其中，磁極部朝外周方向分成兩與周面垂直的第1磁極片部與第2磁極片部，并從第1磁極片部及/或第2磁極片部之縱邊形成向外周方向伸出的延伸部。一方面防止降低效率及旋轉(zhuǎn)不均勻，一方面使通電起動(dòng)時(shí)電樞的磁極中心與界磁磁鐵之磁極外周方向中心、以及界磁磁鐵之磁極中的磁極間的外周方向中心相對(duì)錯(cuò)間，避免起動(dòng)死點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02K1/06GK85104341SQ85104341
公開日1986年8月13日 申請(qǐng)日期1985年6月7日
發(fā)明者小松文人 申請(qǐng)人:小松文人導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan